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Potencial de colapso en suelos limosos

Ciencia Sur Vol. 4. Nº 5 ISSN 2518 - 4792. Pág. 14 – 25. Julio 2018

POTENCIAL DE COLAPSO EN SUELOS LIMOSOSPOTENTIAL FOR COLLAPSE IN SILTY SOILS

ALMENDRAS SARAVIA ARMANDO1

1Departamento de Estructuras y Ciencias de los Materiales - Carrera de Ing. CivilFacultad de Ciencias y Tecnología

Correo electrónico: [email protected]

RESUMEN

Analizar los asentamientos de una construcción resul-ta de vital importancia en el proceso de diseño de una obra civil, en función de la apariencia, la funcionalidad y el daño estructural. Una de las causas principales de daño estructural en las obras civiles, son los suelos no saturados ubicados en las formaciones geológicas de regiones áridas y semiáridas.

Los fenómenos más característicos del comportamien-to del suelo no saturado se relacionan con sus defor-maciones volumétricas al ser sometidos al incremento del grado de saturación, estas deformaciones pueden ser tanto positivas, en cuyo caso se produce un colap-so, como negativas, en cuyo caso se produce un hin-chamiento.

Gran parte de los suelos identificados como co-lapsables, están compuestos por los sedimentarios de origen eólico (loess), cuyas características son: com-posición granulométrica que consiste en arena, limos, partículas arcillosas; la fracción gruesa tiene baja coor-dinación, la fracción arcillosa forma puentes de conex-ión entre partículas gruesas y contrafuertes de arcilla en los contactos entre limos y arenas.

La consecuencia de un suelo de este tipo como ter-reno de fundación es el colapso, que es la repentina disminución de volumen del suelo debido a un in-cremento del contenido de humedad que ocasiona una pérdida rápida de resistencia de la estructura del suelo, la cual se debe a un reacomodo estructural in-terno por la pérdida de los conectores entre partículas y la fuerza de succión. El comportamiento de estos suelos colapsables no ha sido posible explicar a través de la mecánica de suelos clásica. Sin embargo, las in-

vestigaciones han determinado que el comportamien-to volumétrico adquiere gran relevancia en la experi-mentación de suelos parcialmente saturados. De las técnicas de experimentación, las más destacadas para determinar la magnitud del colapso son de Jennings, J. y Knight, K. (1975); y posteriormente es modificado por Houston, S. et al. (1986). Donde la propuesta de Houston, S. et al. (1986) de cierta manera sirvió para desarrollar la norma ASTM D-5333, la misma que será utilizada y aplicada en este trabajo de investigación.

PALABRAS CLAVE

Limo, Loess, Colapso.

ABSTRACT

Analyzing the settlements of a building is of vital im-portance in the process of designing a civil work, de-pending on the appearance, functionality and struc-tural damage. One of the main causes of structural damage in civil works are unsaturated soils located in the geological formations of arid and semi-arid regions.

The most characteristic phenomena of unsaturated soil behavior are related to their volumetric deforma-tions when subjected to the increase in the degree of saturation, these deformations can be both positive, in which case a collapse occurs, and negative, in which case there is a swelling

A large part of the soils identified as collapsible are composed of sediments of wind origin (loess), whose characteristics are: granulometric composition con-sisting of sand, silt, clay particles; the coarse fraction has low coordination, the clayey fraction forms con-nection bridges between coarse particles and clay but-tresses in the contacts between silt and sand.

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Almendras Saravia Armando

Ciencia Sur Vol. 4. Nº 5 ISSN 2518 - 4792 Pág. 14 – 25. Julio 2018

The consequence of a soil of this type as a foundation soil is collapse, which is the sudden decrease in soil volume due to an increase in moisture content that causes a rapid loss of soil structure resistance, which must be to an internal structural rearrangement due to the loss of the connectors between particles and the suction force. The behavior of these collapsible soils has not been possible to explain through classi-cal soil mechanics. However, research has determined that the volumetric behavior acquires great relevance in the experimentation of partially saturated soils. Of the experimental techniques, the most outstanding to determine the magnitude of the collapse are Jennings, J. and Knight, K. (1975); and subsequently modified by Houston, S. et al. (1986). Where the proposal of Houston, S. et al. (1986) in a certain way served to de-velop the ASTM D-5333 standard, which will be used and applied in this research work.

KEYWORDS

Loess, Collapse.

INTRODUCCIÓN

Desde los inicios de la historia de la humanidad, el sue-lo ha estado en estrecha relación con la vida del hom-bre, con el surgimiento de construcciones cada vez de mayor magnitud; de ahí que la necesidad de compren-der el comportamiento de los suelos surgió en muchos países, a menudo como resultado de algunos acciden-tes considerables, tales como los fracasos de las funda-ciones por falla del suelo de fundación y no brindar un sistema de apoyo estable; pero fue recién a principios del siglo XIX que la importancia y dimensiones de las edificaciones exigió un mayor conocimiento de las pro-piedades y características del suelo, de modo de poder utilizar mejor su capacidad portante y controlar el fe-nómeno del asentamiento.

A comienzos del siglo XX se intensificaron las investi-gaciones sobre el tema, y los trabajos de Boussinesq en Francia y especialmente Karl Terzaghi en Alemania y los Estados Unidos, abrieron nuevos horizontes en la materia, permitiendo su evolución y perfeccionamien-to, de modo de admitir una mayor y más amplia utili-zación de los logros científicos alcanzados.

De esta manera, la mecánica de suelos se ha transforma-do en la herramienta esencial que permite un correcto diseño de las fundaciones de todo tipo de obras civiles.

En este caso el problema de asentamiento de las cons-trucciones, es analizado desde un enfoque geotécnico, las características naturales del suelo, teniendo en cuen-ta que el terreno sobre el cual descansa cada obra es esencialmente único de acuerdo a las condiciones geo-lógicas de formación. Es en ese sentido que el ingeniero civil constantemente se enfrenta a diversos problemas surgidos por el tipo de suelo con el cual tratará, el suelo es lo que soportará el peso de una construcción, y si este no cumple con ese objetivo, la obra sufrirá proble-mas de hundimientos y agrietamientos.

En consecuencia teniendo en cuenta los daños que podría sufrir una construcción debido al asentamiento del suelo de fundación, se analizara el fenómeno que se conoce como colapso de los suelos, que consiste en una pérdida muy rápida de volumen del suelo, que se traduce en una importante subsidencia superficial, asociada también a una pérdida rápida de resistencia y a un desmoronamiento estructural interno, todo lo cual tiene lugar en el momento en que el suelo absorbe cantidades importantes de agua.

Este fenómeno se ha presentado mucho en los depósi-tos eólicos, aunque también existen referencias sobre los depósitos residuales e inclusive algunos formados por el mismo hombre, en zonas donde es frecuente la desecación continua y se ha aplicado un cambio brusco de humedecimiento y saturación parcial del suelo.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

OBJETIVO GENERAL

Analizar el potencial de colapso en suelos limosos, con-siderando las propiedades que generan el fenómeno, mediante la norma ASTM D-5333.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Analizar las propiedades del suelo colapsable.

• Describir el fenómeno del colapso en suelos limos.

• Aplicar la norma ASTM D-5333.

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CONSIDERACIONES FUNDAMENTALES

ORIGEN SUELOS NO SATURADOS

Teniendo en cuenta su origen, los suelos parcialmente saturados pueden ser naturales o artificiales. Respecto a los primeros se tiene una gran variedad de ejemplos tanto en suelos sedimentarios (eólicos, aluviales, colu-viales, etc.), como en suelos residuales lateríticos y sa-prolíticos.

Gran parte de los suelos sedimentarios se han deposita-do en ambientes acuosos, quedando inicialmente satu-rados y posteriormente desecados debido a las circuns-tancias ambientales. Estos suelos abundan en lugares de clima árido y semi-árido, donde las estaciones son muy marcadas con periodos secos prolongados.

Respecto a los suelos identificados como potencial-mente colapsables, estos tienen origen bastante va-riable. Aunque los más extendidos son los de origen eólico (loess y arena eólica), también se han observado colapsos en suelos aluviales, coluviales, residuales o en rellenados compactados (Dudley, 1970). La sensibili-dad al colapso es graduada según el tipo de depósito, de tal forma que los suelos de origen eólico son, en general más propensos al colapso que los aluviales. De manera general se observa que el origen de un suelo es de poca ayuda para conocer su potencialidad de colapso. Ait-chison (1973) indica que es inadecuado en definir un suelo como colapsable, sin que antes se haya definido una estructura que a su vez depende de la porosime-tría, del grado de saturación y del estado tensional a que este sometido. (Barrera, 2002)

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS

La estructura de un suelo es la distribución y orde-namiento de las partículas que la componen, dando como resultado una disposición final de las partículas que dan lugar al conjunto llamado suelo. La estructura interna que presentan los suelos es un aspecto de gran importancia en el comportamiento mecánico de éstos.

En la actualidad se considera la estructura interna del suelo, de forma simplificada, teniendo en cuenta tres tipos de elementos (Alonso et al., 1987, citado en Ba-rrera, 2002) que son: partículas elementales, agregados de partículas, y poros.

A partir de estos elementos se pueden establecer tres estructuras fundamentales que simplifican el conjunto de todas las estructuras posibles, como se muestra en las siguientes figuras.

Figura 1. Estructura del suelo no saturado.

a) Microestructura ma-tricial con algunas partí-

culas de arena

b) Microestructura de agregados partículas ele-

mentales

c) Microestructura con matriz de arena y conecto-

res de arcilla

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Los suelos que tienen tendencia a colapsar, suelen presentar microestructura de agregados, o matriz de agregados con conectores de arcilla. Cuando cargamos un suelo con matriz de agregados con conectores de ar-cilla, al mojarlo los contactos entre agregados o entre granos de arena, se rompen de modo que los agregados pasan a ocupar el vacío de los poros, y el suelo colapsa irreversiblemente.

FENÓMENO DEL COLAPSO

Aunque en un sentido general se puede denominar colapso a cualquier proceso de aumento de la defor-mación volumétrica, este término se utiliza aquí expre-samente para la reducción de volumen irrecuperable producido por el aumento del grado de saturación del suelo manteniendo constante el estado de esfuerzo ex-terior. Esta definición diferencia claramente al colapso de las deformaciones producidas, por ejemplo, al incre-mentar dichos esfuerzos exteriores, y específicamente de la consolidación. Respecto a esta última cabe decir, además, que mientras en ella se producen flujos de ex-pulsión de agua, y en su caso aire, en el colapso exis-te en muchos casos absorción de agua. A veces a este mismo fenómeno se le denomina con otros términos como subsidencia, hidrocompactación o hidroconso-lidación.

Como se ha mencionado en párrafos anteriores, el co-lapso es uno de los fenómenos más característicos de los suelos parcialmente saturados y ha sido estudiado por numerosos autores, entre los que se pueden mencionar Dudley (1970), Jiménez Salas et al., (1973), Maswoswe (1985), citados en Barrera, 2002, entre otros, que ex-ponen las características que debe tener un suelo para que en él ocurra un colapso:

• Estructura abierta, no saturada, tipo microestruc-tura de agregados, o con conectores de arcilla, ca-paz de reducir significativamente su volumen a ex-pensas de una disminución del volumen de poros.

• Un estado exterior de carga suficientemente gran-de como para generar una condición metaestable para la succión aplicada. De acuerdo con Frankie, (2002), se denominan con el apelativo de metaes-tables a los suelos que son susceptibles de manifes-

tar una variación en su estado de tensiones o en su estructura (provocando una deformación) sin que para ello sea necesaria la aplicación de una fuerza externa. Las condiciones de contorno que varían, en tal caso, se asocian a la humedad del terreno, bien por pérdida o por incremento de la misma.

• La existencia de enlaces entre partículas, que se de-biliten en presencia del agua.

• En el año 2007, Redolfi, realizo una publicación donde añade una característica más señalada por Reginatto (1977): Granulometría predominan-temente fina, con predominio de fracciones de limos y de arcilla. El tamaño de los granos es ge-neralmente poco distribuido y con los granos más grandes escasamente meteorizados. La mayoría de las veces, la cantidad de la fracción arcilla es rela-tivamente escasa, pero sin embargo, tiene una in-fluencia importante en el comportamiento mecá-nico de la estructura intergranular.

A efectos de definir y diferenciar los distintos tipos de colapso Uriel y Serrano (1973,1974) citados en Redol-fi, (2007), clasifican a los suelos colapsables o desmo-ronables en:

Grupo I: Suelos en los que tiene lugar un rápido cam-bio de la relación entre presiones efectivas y las defor-maciones sin que se alcance la resistencia última del material. De acuerdo con esto la causa del colapso es únicamente el cambio de las presiones efectivas. Cuan-do se ensaya a humedad constante, se detecta una no-table modificación de su módulo de compresibilidad al alcanzar un cierto valor las presiones efectivas.

Grupo II: Suelos en los que, sin la presencia o cam-bio de las condiciones que producen el colapso, no hay cambio abrupto en la relación presión-deformación. Si se ensayan a humedad constante, la relación ten-sión-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros. La saturación produce, sin embargo, un importante cambio volumétrico, debido probable-mente a un incremento de la presión de los poros que

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origina el agotamiento de la resistencia al corte del sue-lo.

Reginatto, A. (1977) citado en Fernández, (1998), a fin de diferenciar el fenómeno del colapso con el fenó-meno de consolidación donde también existe disminu-ción de volumen, estableció la Tabla 1, mostrando que en muchos aspectos el colapso y la consolidación son opuestos.

Tabla 1. Comparación entre parámetros de colapso y consolidación.

PROPIEDADES COLAPSO CONSOLIDACIÓN

Grado de saturación inicial No saturado Saturado

Relación de vacíos Alta Alta

Flujo de agua en elfenómeno Absorción Expulsión

Presión intersticial Tiende a disiparse Aumenta rápidamente

Duración (laboratorio) 10 a 20 minutos Horas/días

Resistencia al corte antes delfenómeno Alta Baja

Resistencia al corte despuésdel fenómeno Baja Alta

Fuente: Fernández S., E. A. (1998) citado en Fernández,

(1998)

SUELOS COLAPSABLES POR HUMEDECIMIENTO

Establecida la definición general de colapso, nuestro análisis se centrará en aquellos suelos en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por un incremento del contenido de humedad (Grupo II).

El colapso se produce cuando el suelo, que es estable frente a las cargas exteriores que soporta debido a la existencia de enlaces suficientemente fuertes entre sus partículas, pierde la acción de estos enlaces al aumentar el grado de saturación. El origen de estos enlaces tem-porales puede ser diverso, se puede destacar los siguien-tes tipos (figura 2):

Figura 2. Enlaces temporales entre partículas cuya desaparición puede provocar el colapso.

• Enlace capilar que se presenta fundamentalmente en el caso de limos y arenas. Los meniscos que se forman en la interfase (aire-agua-partículas sólidas), generan fuerzas normales que aumentan las tensiones entre dichas partículas, rigidizando el conjunto. En el caso de las arcillas este fenómeno no es tan claro a nivel de partículas aunque es probable que ocurra a nivel de agrupaciones más grandes de las mismas. En cualquier caso si el grado de saturación crece por aumento de la humedad o por reducción del índice de vacíos, estos enlaces desaparecen con lo que el conjunto se debilita pudiendo llegar al colapso si la presión exterior aplicada es suficientemente grande.

• Enlaces por puentes de partículas arcillosas. En el caso de arena y limos, la existencia de partículas arcillosas en estado desecado en los contactos puede contribuir a la estabilidad de la estructura del suelo. Estas partículas arcillosas pueden estar presentes desde la formación del suelo, haber sido transportadas o ser autogenéticas, siendo producidas en este último caso, por ejemplo, por la reacción entre el agua intersticial o procedente de la lluvia, y feldespatos existentes en el suelo. La disposición de las partículas de arcilla autogenéticas puede ser paralela, cara contra cara, alrededor de las partículas de arena o limo, aunque esta ordenación depende de la estructura cristalina original de las partículas. Sin embargo en general el ordenamiento es floculado, tal como indica Knight citado por Dudley. En el caso de ordenamientos paralelos, posibles humedecimientos sin lavado

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de las partículas arcillosas pueden llevar también a estructuras floculadas debido a que en el proceso de secado la concentración creciente de iones disueltos provocan este ordenamiento. En realidad la estructura final de las arcillas depende de muy diversos factores como son el propio origen de las partículas, concentración de sales, el índice de poros dentro de la estructura de la arcilla, o la temperatura. Estos puentes de arcilla que pueden aportar una resistencia adicional al suelo pueden perderse al humedecerse o ser lavados si aumenta el grado de saturación, produciéndose el colapso.

En todos los enlaces descritos la llegada del agua causa el mismo efecto: reducción de la resistencia al corte en los contactos entre partículas sólidas. Si esta resisten-cia cae por debajo del esfuerzo impuesto por las cargas exteriores aplicadas se produce el colapso que conduce a una nueva estructura capaz de resistir el nuevo esta-do de esfuerzos. Una vez que ha ocurrido el colapso la nueva estructura del suelo es estable y es incapaz de sufrir nuevos colapso a menos que cambie el estado de esfuerzos existente y/o el grado de saturación.

COMPORTAMIENTO DE SUELOS

COLAPSABLES CON CARGA APLICADA

Debido a la importancia que presenta el suelo como material estructural, el análisis de su comportamiento con base en la presión vertical aplicada resulta de suma importancia, especialmente en lo que se refiere al po-tencial de colapso.

El comportamiento de los suelos colapsables bajo car-gas estructurales aplicadas, se resume en la figura 3, co-rrespondiente al vínculo entre la relación de vacíos y la presión externa.

El tramo de curva a-b, se determina a partir de la prue-ba de consolidación sobre un espécimen con su con-tenido de humedad natural. Nótese que a la presión vertical Pw (presión arbitraria), la relación de vacíos de equilibrio es e1.

Sin embargo, si se inicia un proceso de saturación de la muestra ensayada, la estructura del suelo colapsará.

Después de la saturación, la relación de vacíos de equi-librio a la misma presión Pw, es e2. La curva c-d es la rama de la curva e-log P bajo carga adicional después de la saturación (Das, 2012).

Figura 3. Variación de la relación de vacíos (e) con la presión (P) para un suelo colapsable.

MÉTODOS PARA EVALUAR EL COLAPSO

El método de Jennings, J. y Knight, K. (1975), es una técnica que utiliza la prueba del edómetro para propor-cionar información cualitativa y cuantitativa sobre el potencial de colapso de un suelo. Este método puede ser usado para evaluar la respuesta de un suelo al hume-decimiento y cargas con diferentes niveles de esfuerzos. La técnica del laboratorio consiste en dos pruebas edo-métricas con muestras similares, una ensayada a hume-dad natural y otra en condición saturada, para conocer la diferencia de asentamiento por humedecimiento para cualquier esfuerzo.

Una variación del método del doble edómetro fue desarrollado por Houston, S. et al. (1986). La técnica consiste en usar un sólo edómetro. La muestra de suelo se somete a carga con su humedad natural hasta una presión algo mayor que soportará el suelo en el campo, donde será inundada produciéndose el colapso por hu-medecimiento, luego podrá continuar cargándose.

De manera similar a la propuesta de Houston, S. et al. (1986) citado en Fernández (1998), la norma ASTM D-5333, indica la realización de la prueba con un solo edómetro.

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LOESS EN EL SUR DE SUDAMÉRICA

De acuerdo a Rocca et al, (2005), los loess son suelos predominantemente limosos cuyo nombre es indica-tivo del estado de su estructura interna. Fueron estu-diados por primera vez en Alemania en formaciones de la cuenca del Rin, donde surgió su denominación. Esta palabra tiene la misma raíz que “loose” en inglés y significa suelto. Si bien ha habido algunas controver-sias sobre su génesis, se acepta que son suelos formados por acción eólica (loess primario) que pueden ser re-transportados y redepositados por otros medios (loess secundario o loessoides).

Se ha estimado que un 10 % de la superficie de los con-tinentes está cubierta por estos suelos, con presencias significativas en América del Norte, Europa, Asia y América del Sur. En Sudamérica existen varios suelos de tipo loessicos o loessoides del Cuaternario supe-rior relacionados genéticamente por cinco tipos de transporte y sedimentación de limos eólicos (Iriondo, 1997).

La principal característica geotécnica está constituida por su colapsibilidad o estado metaestable de su estruc-tura interna que puede destruirse debido a cambios en el contenido de humedad o tensionales. Como con-secuencia de ello, se generan variaciones volumétricas bruscas que pueden afectar a las estructuras que sean incapaces de soportar distorsiones y asentamientos di-ferenciales significativos.

En el año 2003, Zarate, realizó un estudio acerca de los suelos tipo loess en Sudamérica, titulado “Loess of southern South America” indica que los loess y loessoi-des (loess retransportados) son sedimentos que se ex-tienden a través de las llanuras del Chaco-Pampeano y la montaña NW entornos de Argentina, y en los países vecinos (Paraguay, Brasil, Uruguay, Bolivia).

Los suelos loessicos de Argentina constituyen el princi-pal depósito de su tipo en Sudamérica, cubriendo más de 600,000 km 2 de superficie. Son suelos de origen eólico, que pueden conservar su estructura generada al depositarse (loess primario) o sufrir re-transporte o alternación in-situ (loess secundario o loessoides). Los depósitos recientes son principalmente primarios,

ML y CL-ML, mientras que los más antiguos, son sue-los arcillosos y limosos sub-saturados, CL a CH. Los comportamientos geotécnicos extremos van desde ser suelos colapsables, en el caso de los primarios y la de depósitos preconsolidados por desecación en el caso de los loessoides secundarios.

En el caso de los suelos loessicos de Bolivia, los mismos se encuentran al sur, específicamente en el departa-mento de Tarija, provincia “Gran Chaco”, cuyas ca-racterísticas son: Las altas temperaturas, es una región áridas donde se encuentra un predominio de suelos limo arenosos.

A continuación se presenta parte del mapa donde se muestra los distintos suelos colapsables que existe en Sudamérica.

Figura 4. Distribución de Loess y Loessoides (Zarate, 2003)

Loess reciente (Last glacial loess after, Iriondo). Los depósitos recientes son los que constituyen los mate-riales loessicos sensu-stricto y presentan como prin-cipal propiedad su inestabilidad antes cambios de humedad, produciendo el colapso de la estructura. La composición granulométrica consiste en arena, limos, partículas arcillosas; la fracción gruesa tiene baja coor-dinación, la fracción arcillosa forma puentes de conex-ión entre partículas gruesas y contrafuertes de arcilla floculada en los contactos ente limos y arenas. Estas estructuras arcillosas y sales precipitadas le confieren estabilidad y cohesión al suelo.

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MATERIALES Y MÉTODOS.

MATERIALES

El equipo de ensayo que se utilizará es el “Consolida-ción unidimensional de los suelos”.

Para montar el ensayo se deberán utilizar piedras poro-sas previamente secadas al aire, con el de fin de evitar que la probeta pueda tomar agua por capilaridad antes de iniciarse el ensayo.

Las muestras que se montan en el ensayo pueden ser inalteradas, preparadas mediante tallado a partir de la muestra original inalterada, o bien remodeladas con una densidad y una humedad determinadas.

A continuación se muestran las figuras correspondien-tes, en el mismo orden que fueron citados.

Figura 5. Edómetro y piedras porosas.

Figura 6. Muestras inalteradas de suelos

Figura 7. Muestras remodeladas de suelos

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Se deben usar muestras que se asemejen lo más que se pueda a las condiciones in situ, para determinar el potencial de colapso, Ic. Puesto que los suelos suscep-tibles al colapso son sensitivos para métodos de mues-treo usando fluidos, las muestras deben ser tomadas usando métodos secos. Resulta exitoso el método de muestreo en seco, incluyendo barreno de doble tubo y tallado a mano de bloques.

MÉTODOS

ASTM D 5333 – 92 (Reaprobada 1996)

Este procedimiento de ensayo tiene por objeto deter-minar la magnitud del colapso unidimensional o edo-métrico (Índice de colapso) y el potencial porcentual de colapso que se produce en el momento cuando se inunda un suelo parcialmente saturado sometido a un esfuerzo vertical (axial) determinado. El método es aplicable tanto a muestras de suelo inalterado como remoldeado.

El método de ensayo consiste en colocar un espécimen de suelo con el contenido natural de humedad en un consolidómetro, aplicando una presión vertical predeterminada, después de experimentar el asentamiento bajo esa carga el espécimen se inunda con un fluido para inducir el potencial de colapso en el espécimen de suelo.

El Potencial porcentual de colapso (Ic), es el valor de colapso determinado, para una presión vertical cualquiera, como el porcentaje de disminución de altura que experimenta la probeta al ser inundada, una vez alcanzado el equilibrio bajo la acción de la presión vertical seleccionada, con respecto a la altura inicial de la probeta. El potencial de colapso, se usa para estimar los asentamientos que pueden ocurrir en una capa de suelo en un sitio particular. Los asentamientos de la capa de suelo para una presión vertical aplicada son obtenidos multiplicando Ic por H/100 donde H es el espesor de la capa de suelo.

donde:

d0= Lectura en el deformimetro después de la carga de fijamiento en el momento en que se va a iniciar el ensayo, antes de aplicar el esfuerzo vertical predeterminado, en mm.

di = Lectura en el deformimetro correspondiente al equilibrio con el esfuerzo vertical predeterminado aplicado, antes de inundar, en mm.

df = Lectura en el deformimetro correspondiente al equilibrio con la presión vertical aplicada y después de inundar, en mm.

h0 = Altura inicial de la probeta en mm.

=Deformación a causa del esfuerzo predeterminado después de la inundación, y

=Deformación a causa del esfuerzo predeterminado antes de la inundación.

La expresión se puede poner en función de la relación de vacios:

donde:

∆e = Variación de la relación de vacíos producida por la inundación, análogamente a la ecuación anterior, y

eo= Relación de vacíos inicial, análogamente a la ecuación anterior.

También se puede expresar de la siguiente forma, puesto que el ensayo es conducido como prueba en una sola dirección

donde:

∆ℎ = Cambio de altura del espécimen por inundación, mm, y

ℎo = Altura inicial del espécimen, mm.

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RESULTADOS

Tamices % que pasadel total

0.75 100.00

Nº 4 99.52

Nº 10 95.90

Nº 40 93.13

Nº 200 63.30

% Pasa 200 = 100.00

% Limo Parcial = 92.96

% Arcilla Parcial = 7.04

% Pasa 200 del Total = 63.30

% Limo del Total = 58.84

% Arcilla del Total = 4.46

Presión Alt. Inicial Deformación Alt.finalKg/cm² mm mm mm mm

0.0 20.000 0.000 20.000 13.223 1.951 0.000 0.0000 1.9510.125 20.000 5.225 14.775 7.998 1.180 5.225 0.7709 1.1800.250 14.775 0.028 14.747 7.970 1.176 0.028 0.0041 1.1760.500 14.747 0.011 14.736 7.959 1.174 0.011 0.0016 1.1740.750 14.736 0.051 14.685 7.908 1.167 0.051 0.0075 1.1671.000 14.685 0.047 14.638 7.861 1.160 0.047 0.0069 1.1602.000 14.638 0.055 14.583 7.806 1.152 0.055 0.0081 1.1522.000 14.583 2.787 11.796 11.796 1.740 2.787 0.4112 0.7403.000 11.796 2.185 9.611 2.834 0.418 2.185 0.3224 0.4184.000 9.611 0.101 9.510 2.733 0.403 0.101 0.0149 0.4035.000 9.510 0.003 9.507 2.730 0.403 0.003 0.0004 0.403

VARIACION PRESION - RELACION DE VACIOS

1H∆ 1e∆ 1eS

VH

He =SV HHH −=

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POTENCIAL DEL COLAPSO

1001 0

21 xeeeC p +

−=∆= ε

=0e Relación de Vacíos Inicial antes de aplicar la primera carga de 0.125 kg/cm2.

=1e Relación de Vacíos con esfuerzo vertical predeterminado aplicado, antes de inundar.

=2e Relación de Vacíos correspondiente al equilibrio con la presión vertical aplicada y después de

inundar.

Cp (%) Severidad del Problema

0 – 1 Ningún problema

1 – 5 Problema Moderado

5 – 10 Problema

10 – 20 Problema Severo

20 Problema Muy Severo

DISCUSIÓN

Las propiedades del suelo colapsable responsables del fenómeno del colapso estructural de la masa de un sue-lo son: Granulometría predominantemente fina, con predominio de fracciones de limos y de arcilla; una es-tructura con una relación de vacíos razonable (estruc-tura metaestable) pero rigidizada de alguna manera (enlaces entre partículas y la succión); y un aumento en el contenido de humedad cercano a la saturación.

El colapso es la disminución de altura que experimenta el suelo en unas determinadas condiciones de estado (densidad y humedad), y sometida a un esfuerzo ver-tical constante, en el momento del incremento de hu-medad.

Como los suelos colapsables son suelos parcialmente saturados, no ha sido posible explicar su comporta-miento a través de la mecánica de suelos clásica. Por lo que la actuación de estos suelos está definido por técni-cas de experimentación.

A partir de la aplicación de la norma ASTM D-533 se obtuvo el potencial del colapso del suelo ensayado igual a 13.94%, este valor indica que se tendrá un problema severo de colapso, en caso de que el suelo adquiera o posea una estructura tal que al saturarse se produzca el fenómeno.

Inicialmente para la identificación de los suelos colap-sables se recomienda la pruebas propuestas por: Gibbs (1962), Feda (1964), Benites (1968), Handy (1973); porque están basadas en propiedades características del suelo. Y luego para confirmar los anteriores resultados efectuar las pruebas propuestas por: Denisov (1951) y Soviet Building Code (1962).

Una vez identificado el suelo como colapsable, el inge-niero encargado deberá optar por: evitar la iniciación del colapso, mejorar el suelo o adoptar cimentaciones que admitan los efectos del colapso.

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BIBLIOGRAFÍA

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POTENCIAL DE COLAPSO EN SUELOS LIMOSOS POTENTIAL …ta de vital importancia en el proceso de diseño...

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